TW444418B - Piezoelectric transducer and electrophoretic ink display apparatus using piezoelectric transducer - Google Patents

Piezoelectric transducer and electrophoretic ink display apparatus using piezoelectric transducer Download PDF

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Kazumasa Hasegawa
Tatsuya Shimoda
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Description

^ 4 4441 b .
【發明背景】 1 _發明領域 本發明係關於一種使用壓電元件之壓電式換，尤 關於一種使用壓電式轉換器之電泳墨水顯示設備。、 2 ·習知技術 乂日本特開平第8-125247號公報與特開平第9_i62 456號 么報中之技術係關於習知之壓電式轉換器。兩者的實施例 不同，但均包括塊狀壓電陶磁。 同時，SID文摘第1131至1134頁的論文為習知之電泳 墨水顯示設備。該論文中揭露一種使用電泳墨水之節段塑 顯示體的構造。 在此種電泳墨水顯示設備中，顯示設備的各節段係由 利用電泳現象的微囊所構成。其目的為當電壓施加於一節 段時，該節段的顏色就會改變。 然而’上述的習知技術具有以下的問題D 在特開平第8-125247號公報與特開平第9-162456號公 報中之壓電式轉換器中，雖然實施例不同，但均如前所述 使用塊狀壓電陶磁。使用塊狀壓電陶磁時就難以將壓電式 轉換器微小化。例如，特開平第9 - 1 6 2 4 5 6號公報中的壓電 式轉換器為 40 mm X lOminx 1.5mm。
第6頁 (444418 _案號 89101350_年月日__ 五、發明說明（2) 並且，當S ID文摘第1131至11 34頁中揭露使甩壓電墨 水來構成顯示體時，其並未提出以高密度設置大量顯示元 件的方法，以及驅動高密度設置之電泳墨水顯示元件的方 法。 【發明摘要】 為解決上述習知技術的問題，本發明之目的為提供一 種可輕易地微小化的壓電式轉換器。 本發明之另一目的為提出一種包含電泳墨水顯示元件 的電泳墨水顯示設備，該複數個電泳墨水顯示元件係以高 密度設置。 本發明之Μ電式轉換器包含一第一電極層、一第一壓 電薄膜層、一第二電極層、一第二壓電薄膜層、以及一第 三電極層，其依序位於一基板上。前述之第一與第二壓電 薄膜層係受束缚使其不在厚度方向上膨脹或收縮。 依前述之構造，由於壓電式轉換器係以兩壓電薄膜層 形成，故可進行三維與平面之微小化。又，可以實現一可 取出高電荷之壓電式轉換器。並且，由於壓電薄膜層係受 束縛使其不在厚度方向上膨脹或收縮，故可實現一可放大 直流電壓之壓電式轉換器。 在本發明之壓電式轉換器中，一第一電極層、一壓電 薄膜層、一第二電極層、以及一第三電極層係形成於一支 持基台上，其中該支持基台中係形成一空洞。前述之第二
444418 ____索號 89101350__牟月 _」-JtL·------ 五、發明說明（3) 電極層與第三電極層係成對間隔形成於該壓電薄膜廣上 且位於該空洞上方。 依上述構造，可以形成一微小化之壓電式轉換器。 .依本發明之電泳墨水顯示設備包.含複數個囊。電泳墨· 水顯示設備包含複數個電泳墨水顯示元件，其顏色係依囊 中帶電粒子的移動而改變，電泳墨水顯示設備更包含—複 數條閘極線、 極線與資料線 汲極係連接至 接至壓電式轉 連接至電泳墨 本發明之 器。在此狀況 部’且該柱狀 水顯示元件的 層可束缚使其 依上述之 址，故可以壓 交點之 資料線 換器的 水顯示 壓電式 下，— 結構係 上電極 不在厚 構造， 電式轉 與閑極 薄膜電 ;另一 輪入侧 元件的 轉換器 柱狀結 以對向 。藉此 度方向 由於壓 換器聽 線相交 晶體。 薄膜電 ;且壓 電.極。 可使用 構係建 基板施 ，前述 上膨脹 電式轉 動複數 之資料 一薄膜 晶體之 電式轉 作為前 立於壓 壓，其 之第一 或故縮 換器係 個電泳 電晶體之源極-源極-没極係連 換器的輪出側係 述之壓電式轉換 電式轉換器的上 上建立有電泳墨 與第二壓電薄臈 〇 以薄膜電晶體定 墨水顯示元件。 【較佳實施例之詳細說明】 以下將參照相關圖式 式轉換器。 說明依本發明較佳實 施例之壓電
4 444 1 8 ---案號 89101350 年一 j_ a 修正 五、發明說明.（4) ' — 轉換器之第一眘 圖1為一剖面圖’顯示依本發明實施例之層狀薄膜壓-電式轉換器。一第一電極層12、一第一壓電薄膜層13、一 第二電極層14、一第二壓電薄膜層15以及一.第三電極層16 係依序形成於一基板11上。壓力P係由上方施加至第三電 極層16 ’且第一與第二壓電薄膜層13與15係受限使其在厚 度方向上不會膨脹或收縮。 基板Π係使用一單晶矽基板，其包括一以熱氧化法形 成之氧化石夕膜。其上的第一電極係為一電極層，依序包含 鈦、白金與鈦三層’且分別以濺鍍形成2〇nm、200nm與5nm 的厚度。第一壓電薄膜層1 3為一鈦酸锆酸鉛薄膜（以下簡 稱為PZT )’其係以52莫耳％锆酸鉛-48莫耳％鈦酸鉛構成， 並以溶膠凝膠法形成至厚度為2〇〇ηΠι。又，第二電極層14 為一電極層，依序包含鈦、白金與鈦三層，且分別以濺鍍 形成20nro、200nm與5nm的厚度。第二壓電薄膜層15為〆前 述之PZT薄膜’並以溶膠凝膠法形成至厚度為2 。又， 第三電極層16為一電極層，依序包含鈦與白金兩層，昱分 別以滅艘形成20ηπι與200ηπι的厚度。 以下敘述層狀薄膜壓電式轉換器的加壓動作。第二電 極層1 4變成接地電位。當一電場Ει施加依膜厚度方向至第 一壓電薄膜層13時，第一壓電薄膜層13中膜厚度方向的應 力·^係如下變化’其中壓電應變常數為叫且在所施加電場 為0之下的彈性順度為SUE,，
第9頁 4 44 4 1 8 _案號 89101350_年月日_修正 _ 五、發明說明（5) T，_(d33/S33E) X Ei (1) 此層狀薄膜壓電式轉換器依上述產生應變，且使用一夠硬> 的金屬作為電極；第二壓電薄膜層中膜厚度方向所施加的 應力T2如下改變， . T2 = Ti (2) 此時第二壓電薄膜層15中膜厚度方向的電場Ε2如下改 變，其中應力為0時的介電常數為ε ， 丑2= -(d33/ e 33τ) Τ2 ( 3 ) 方程式（1 )與（2 )如下代入方程式（3 )， E2 = ( d332 /( ε 33T x s33E )) x Ej =k332 x .(4) 此處，h為壓電薄膜層的電機匹配係數。下式中，在膜厚 度方向上施加於第一壓電薄膜層13之電壓，即第一電極層 12與第二電極層14之間的電壓為\，且第一壓電薄膜層13 的厚度為L，
第10頁 4 44 41 8 ΓΖ ~~ES__89101350 牟 „ 五、發明說明（6) ~ --------- 在膜厚度方向上施办7於笙 „ ^ ^ „ 壓，即筮-承丄《 . 於第二壓電薄膜層15之電 丨-弟一電極層14與第三蕾把防， 且第二壓雷广办電極層16之間的電壓為v 您電薄膜層1 5的厚度為t ， 2 = V2 / t2 由方程式（4 ) 、 （5 ) (6 與（6 V, :k3i x Vi X t2 / Xx (7 薄膜當電壓Vl施加於第1電薄膜層時，第二壓電 出的謂2與電機匹配係數、的平…及兩 勝層的厚度比例成正比。*體言之，直流電壓放大 取決於第—壓電薄膜層厚度與第二壓電薄膜層厚度 八依本發明實施例之構造的層狀薄膜壓電式轉換器，包 3 一以兩壓電薄膜層所形成之壓電式轉換器；如此，可實 ，立體與平面的微小化。由於在輪出側使用壓電薄膜之電 谷里，可取出高電荷量。並且，由於壓電薄膜層受限制， 使其不會在厚度方向上和服或收縮，且由於以靜壓電效果 .對產電薄膜加壓’故可放大直流電壓。實際上，發明人將 振幅為1 0 V的脈衝施加為Vi時’能夠得到振幅為4 5 V的脈衝 做為％。在本實施例中用以作為壓電薄膜之ρζτ薄膜的k > 33 444418 _案號89101350 年月日_^__ 五、發明說明（7) ' 值’由方程式（7)逆運算可推定約為0.67。 並且，由於上述構造之層·狀薄膜壓電式轉換器中，電 極層係以白金與欽的多層結構形成’故在基板與電極層之· 間，以及電極層與壓電薄膜層之間均.具有充份的黏著力。-並且，兩麗電薄膜層係由Ρζτ形成。由於ΡΖΊΓ具有相當高的 電機匹配係數’故層狀薄膜壓電式轉換器具有大電壓放大 率。此使用於壓電薄膜層的材料亦可為一具有更高電機匹 配係數之ΡΖΤ壓電材料’如包括鈮酸鉛鎂（ρΜΝ )之^>2丁。 亦可使用在第一壓電薄膜層13中產生大壓力的材料，與 在第二壓電薄膜層15中相對於所施加壓力產生一大電壓 之材料來構成層狀薄膜壓電式轉換器。 壓^式轉換器之第_^實施例 圖2為一立體圖 電式轉換器，其係以 所構成。一膜片23、 電極層26、以及第三 而支持基台22中形成 极層27係於壓電薄膜 位置成對形成。並且 25的端面與上層表面 基板22係使用~ 成之氧化矽膜。一氧 ，顯示依本發明之一實施例的薄膜壓 使用屢電薄膜之羅森型壓電式轉換器 第一電極層24、壓電薄膜層25、第二 電極層27係形成於一支持基台22上’ 有空/同21。第二電極層2 6.與第三電 層上與其間隔，並於空洞2 1上方之 ，第二電極層27係形成於壓電薄膜層 〇 單晶石夕基板，其包括—以熱氧化法形 化錯膜形成於其上以作為膜片23，其
第12頁 • 4444 1 8 _案號89101350 , 年月日 條正 _ 五、發明說明（8) 係以濺鍍一锆金屬接著熱氧化的方式以形成至5〇〇nm。第 一電極層24係為一電極層’依序包含欽、白金與鈇三層， 且分別以濺鍍形成20nm、200ηηι與5nm的厚度並接著圖案 化。 接著以溶膠凝膠法.形成一包含52莫耳％鍅酸鉛—48莫耳 %鈦酸鉛的PZT膜以作為壓電薄膜層25並接著圖案化^又， 第二電極層26與第三電極層27為依.序包含鈦與白金兩層之 電極詹’且分別以錢鍵形成20ηπι與200ηηι的厚度並圖案 化。接著，以乾蝕刻法在單晶矽基板22上進行一非等向性 餘刻以形成空洞21 ,藉以形成一羅森型薄膜壓電式轉換 器。 、 羅森型薄膜壓電式轉捧器的動作細記述於K e n j主 Uchino所著之「壓電 Actuators and M〇t〇rs (K1 u w e r A c a d e in i c P u b 1 i s h e r s ) ，1 9 9 7」中之第 309-310頁；電壓放大率r係以下面之方程式表示： r = (4/ 7Γ2) X k31 X k33 X Qm X (L2/t) X [2 X (s e/s E) 1/2/UKs33VsnE)i/2}] 11 交流電壓係施加於第一電極層24與第二電極層26之間， 且放大電壓由第一電極層24與第三電極層27之間輸出。 H’kij係壓電薄膜層25的電機匹配係數4為壓電 薄膜層25的機械上之q ; L2為該對第二電極層26與第三電 極廣27之間的間距；ΐ為壓電薄膜層託的厚度；^/為在電
第13頁 4444 1 8 -tM-MlQlM,. 年 月 曰 修不 五、發明說明（9) 場0^的彈性順度；SUD為在電通量密度0的彈性順度。例如 52莫耳％錯酸鉛〜48莫耳％鈦酸鉛ipzT，其j^ = 〇313， k33"2°'2670 ' Qm = 860 ' s33E = 17. 1 x lO-i^VN > suE = 13. 8 x 1 0 m /?田’且S33d = 9. 35 χ i 〇_12ffi2/N。當“Μ ^且卜州㈣ 時’可得到一相當高的電壓放大率r = 450。 /
。。由於使用壓電薄膜，依本實施例構成之薄膜壓電式轉 換器可以立體與平面微小化。例如，在前述之實施例中， 第-f極層26與第三電極層27之間的間隔為1⑽。並且， 由於第一電極層27之一到達壓電薄膜層25的端面，故壓 電f轉換益可以構成於一小平面區域中。由於使用一單晶 矽Ϊ為支持基台22，一空洞21可容易地以非等向性 蝕f '完成。並且’由於膜片23係以氧化錘形成可形 成強韌且不易在殘留應力下破裂的膜片。由於第一電極 曰务廯社 電極層26以及第三電極層27係由白金與欽 =一7^構形成’在膜片與第一電極層’以及壓電薄膜與 ^ ^ ,—和第三電極層之間具有充份的黏著力。以PZT 一爱，/寻膜層25可使其具有高電機匹配係數，且 L端睹这具有高電壓放大率之薄膜壓電式轉換器。用於塵
p7T? 、a 25的材料可為一ΡΖΤ壓電材料，如包括ΡΜΝ之 爪，以具有更高之電機匹配係數。
_ 卜· ., 〃述電永墨水顯示元件。圖3顯示一電泳墨水顯
第14頁 ' 444418 __案號 89101350_年月.曰. 修正__ 五、發明說明（10) 示元件的構造；3A為一電泳墨水顯示元件的剖面圖；3B顯 示電泳墨水顯示元件中微囊的構造；3C則顯示微囊中帶電 粒子的構造。 電泳墨水顯示元件包含：一形成於一基板101上之下. 電極102，一電泳墨水層，其包含 具有光穿透性之黏合劑10 4，以及複數個均勻散布且固定 於黏合劑104中的微囊103 ’ 一相對基板105，以及一形成 於對向基板上之透明電極106。 電泳墨水顯示元件為一種顯示元件，其可利用帶電粒 子的電泳現彖來完成顯示圖案的寫入與消除。電泳墨水層 的厚度’，即下電極1 〇 2與透明電極1 0 6的間距，最好約為 微囊直徑的1.5至2倍。並且，黏合劑104可使用如聚乙烯 醇等。 如圖3B所示，微囊103包括具有光穿透性之空心球狀 囊1 Ο T。這些囊1 〇 7係填滿液體1 0 8 ;複數個帶負電之帶電 粒子109散布於液體108中。如圖3C所示，帶電粒子iqq包 含一核110與一包覆此核之包覆層111。 帶電粒子109與液體108的顏色彼此不同。例如，帶電 粒子109的顏色為白色，而液體i〇8的顏色為藍、紅、綠 或黑色。當一外部電場施加於微囊103時，帶電粒子1〇9在 囊107中向與如述電場相反的方向移動。例如，當一電壓. 之施加係使圖3中之透明電極1〇6具有正電位而下電極 102具有零電位時，所產生之電場係由透明電極指向 下電極102 ;導致微囊103中的帶電粒子1〇9向囊1〇7的頂 444418 案號 891ίΗπη
五、發明說明（11) =移動。#果’由於可看到帶電粒子m的顏色，故對向 基板105所見的顏色成為白色。相反地，當電—壓之施加 係使透明電極106具有負電位而下電極1〇2且有零電位 時，所產生之電場係由下電極1〇2指向透明電極1〇6 ; 致微囊103中的帶電粒子1〇9向囊1〇7的底部移動。結果， 對向基板105所見的顏色成為液體1〇8的顏色， 108為藍色則所見的顏色即藍色。 巴士果液體 微囊103之構成係使液體1〇8的比重與帶電粒子的 比重相等。如此，即使外部電場移除，帶電粒子1〇9仍可 在相同的位置停留一段長時間。換言之，電泳墨水顯示元 件的顯不可維持一段長時間。又，可調整例如包覆層i） 的厚度’使液體1 08的比重與帶電粒子j 09的比重相等。 微囊103的外徑最好不超過18〇 ， 1〇至2〇 更為理 想。前述帶電粒子1 〇 9的核丨〗〇可使用如氧化鈦之金紅石結 構。並且’述帶電粒子1〇9的包覆層可使用如聚乙 烯。上述之液體1〇8可使用例如溶解於四氣乙烯與異構烧 烴之蒽酿染料。 以下將參照相關圖式，說明依本發明之電泳墨水顯示 元件的實施例。 簋^墨杏顯一示設備之第一實施例 圖4顯示依本發明一實施例之電泳墨水顯示設備的構 造’係使用薄膜層狀壓電式轉換器。在圖中，2〇1與2〇2為
第16頁 4444 1 8 __案號 五、發明說明（12) 89101350
閘極線；203與204為資料線；2〇5至2〇7為薄膜電晶體 .(TFT) ;—208至210為薄膜壓電式轉換器；211至213為電 泳墨水顯不兀件；21 4與2 1 5為類比式開關；21 6為一數位 信號線；217與218則為信號的輸入端，該信號分別控制類 比式開關21 4與2 1 5的開與關。類比式開關2丨4與2丨5可由 TFT構成。 圖5為一時序圖，顯示在依本發明實施例之電泳墨水 顯示設備中’控制TFT以及開關類比式開關的電子信號。 在圖中’ 3 0 1與3 0 2分別顯示施加於閘極線2 〇 1與2 〇 2的電子 信號；303與304則顯示施加至輸入端2〗7與218，以作為開 與關類比式開關的信號。當信號為Ηί時，TFT與類比式開 關為導電狀態（導通）。在時間佑時，閘極線2 01的電位 變為HI且TFT 20 5與206為導電狀態（啟動）。同時，作為 類比式開關2 1 4的開關信號之輸入端21 7的電位變為ΗI， 且類比式開關為導電狀態（導通）。結果，供應至數位信 號線216的數位信號係經由類比式開關214與17了 2〇5輪入 至薄膜壓電式轉換器208。電壓放大之數位信號係由該處 輸出’並接著供應至電泳墨水顯示元件211的電極《在時 間ta時’作為類比式開關214的開關信號之輸入端21 7的 電位變為LOW ’且類比式開關變為不導電狀態（斷路）。 同時’作為類比式開關215的開關信號之輸入端218的電 位變為HI ’且類比式開關為導電狀態（導通）。結果，供 應至數位信號線21 6的數位信號經由類比式開關21 5與TFT 206輸入至薄膜壓電式轉換器209。電壓放大之數位信號
第17頁 444418 _____案號 891Q1350 五、發明說明（13) 寺月 a_修正 二由該處輸出，並接著供應至電泳墨水顯示元件的電 在％間％日^，作為類比式開關2丨5的開關信號之輸入 1 8的電位變為L〇W，且類比式開關變為不導電狀態 路）。雖然未顯示於圖4與圖5，上述之動作細於閘極， =向上重覆’起接著在時間心時，閘極線2〇1的電位變 為LOW且TFT 205與20 6變為不導電狀態（斷路）。同時， ，=線202的電位變為HI，類比式開關2〇7變為導電狀態 一（^通），且資料在時間h至心之間寫入至電泳墨水顯示 以前述之構造，當 大數位信號時，可以由 元件 以薄膜壓電式轉換器定址及直接放 一TFT來驅動複數個電泳墨水顯示 膜壓Ξ W本發明之壓電式轉換器可在本實施例中作為薄 供所右1我換器0此時，本發明之電泳墨水顯示設備可提 仏所有本發明之壓電式轉換器的操作效果。 - 1 f6/ —平面圖，顯示依本發明實施例之電泳墨水顯 ::一閘；=一爪係包含-多晶發薄膜401之通道部 2 0 3交又虚的垃 以及一形成於閘極線201與資料線 m 402。薄膜壓電式轉換器208中的第 壓電式“器=:FT第的源雷極-没極區作為負載電極。薄膜 拉伸且接地。薄膜層404係平行於間極線201 為電泳墨水顧干元二的2 ^換器208的第三電極層405變 電極的尺寸17Π ΐ電極，且無其它改變。當像素 丨、為150/zm時，薄膜壓電式轉換器2〇8所需 SPI 1^· 第18頁 44441b 案號
B 修正 五、發明說明（14) 的區域可志為平方，且可溫5,丨 « ^ 泳墨水顯示設傭 了付到-緊…形式之電 -μ Oft : t〗，顯7^本發明一實施例之電泳墨水顯 不没備。1 F T係包含一客s功猛1 , ΗΗ 夕a曰矽層401 、閘絕緣膜502、闡 電極503、層間絕緣膜504、以月一你士、+ 閘 上的電極層403，t俜為一、博榀％;絶緣基板501 膜層狀壓電式轉換器的第一電極Η著形成第一作塵電專薄 =層+510、第二電極層4〇4、第二壓電薄膜層511、以及 ί二電f㉟4G5 ’以構成薄膜層狀壓電式轉換ϋ。接著形 斟6 f H 505。與其分開地，一透明電極507形成於-^向基板506上；接著以金屬電鍍或類似方法形成一柱狀 、-’《構508。柱狀結構508係以壓迫薄膜層狀壓電式轉換器 的f部來^合’並填充電泳墨水509以形成一電泳墨水顯 =叹備。薄膜層狀壓電式轉換器係係受到柱狀結構5 〇 8與 ，向基板5 0 6壓迫的限制，故可進行直流電壓之放大。依 實施例之薄膜層狀壓電式轉換器可允許三維或平面的微 I、化。由於在輸出侧使用壓電薄膜之電容，故可取出大量 的電荷》並且’由於使用靜壓電效應對壓電薄膜的壓力， 故可放大直流電壓。實際上，發明人使用5 2莫耳％锆酸鉛 48莫耳％鈦酸鉛之飲酸錘酸鉛作為壓電薄膜層51〇與5Π， 壓電薄膜層510之厚度為2〇〇ηαι，第二壓電薄膜層 玉1之厚度為2//m，且在第一電極層4〇3與第二電極層 4 0 4之間施加一振幅為丨〇 v的脈衝；在此狀況下，在第三電 極層405與第二電極層404之間可得到一振幅45V的脈
第19頁 4444 1 8 案號 89101350 年 月 曰 修正 五、發明說明（15) 衝。其可驅動電泳墨水顯示元件。 壓電薄膜層510與511使用之材料亦可為一具有較高電 機匹配係數之pzt壓電材料，如包括銀酸斜鎂（)之。 PZT。薄膜塵電式轉換器之構成，亦可使用一產生汽應力 之材料以作為第一壓電薄膜層103，以及一相對於"^所‘施加 壓力會產生高電壓之材料以作為第二壓電薄膜層1〇5。 可用争金與鈦的多層'結構來形成第一電極層24、第 二電極層26與第三電極層27，藉以增進第―、第二與第 三電極層與壓電薄膜之黏著力。 ^ 電泳墨水顯示設備的第二_實施例 圖8為一平面圖，顯示本發明之一實施例，其為—電 泳墨水顯示設備中之一像素’係使用羅森型薄膜壓'電式轉 換器。TFT包含一多晶石夕薄膜401之通道部份、閘電極 201、以及一形成於閘極線201與資料線203交又處的接 觸孔402。601為一壓電薄膜層’其下為一允舁振動之空 洞。薄膜壓電式轉換器中的共同電極層404係平行於閘"'極 線201拉伸且接地。405為電泳墨水顯示元件的像素電甲 極。 圖2中所顯示的壓電式轉換器可使用作為在本實施例 中之羅森型薄膜壓電式轉換器。此時，本發明之電泳黑水 顯示設備可提供所有本發明之壓電式轉換器的操作效^二 圖9為一剖面圖，顯示依本發明實施例之電泳墨水顯
第20頁 4444 1 8 _+案號89101350_年月日 修正 五、發明說明（16) 示設備’係使用羅森型薄膜壓電式轉換器。TFT係包含一 多晶珍層401、閘絕緣膜502、閘電極503、層間絕緣膜 5 04、以及一形成於絕緣基板5〇1上的電極層7〇ι，其係為 一源極及極電極’且亦作為電泳墨水顯示元件的下電 極。接著以金屬電鍍形成一***層702 »703為羅森型薄膜 壓電式轉換器的輸入電極.；704為羅森型薄膜壓電式轉換 器的輸出電極；705為一壓電薄膜層；且404為一羅森型薄 膜壓電式轉換器的共同電極β可用白金與鈦的多層結構來 形成電極703、704與404，藉以增進電極與壓電薄膜層間 之黏著力。可使用具有高電機匹配係數的ΡΖΤ薄膜來形成 壓電薄膜層705。此種設定下，輸入電極703與共同電極 4 04之間係輸入交流電壓，壓電薄膜層705振度，且輸出 於輸出電極7 0 4與共同電極4 0 4之間放大的交流電壓。此 種構造之形成，在一分開基板上先形成一麼電薄膜層 705、電極703、704、404等’連接一***層702與電極層 70 3及704後，再剝除該分開基板。又，電泳墨水顯示設備 之形成，係形成一保護層5 0 5，並自其在對向基板5 〇 6上 形成一透明電極5 0 7，將其組合並注入電泳墨水5 〇 9。 由於在壓電薄膜層70 5下方形成一空洞，故該壓電薄 膜層可振動，且可如羅森型薄膜壓電式轉換器動作，並供 應一放大之交流電壓信號至電泳墨水顯示元件的下電極 701。即使供應至電極701的信號為父流，電極的電位 可藉由在放大時關閉適當位置之薄臈電晶體來持怪定。結 果，可以驅動電泳墨水顯示元件。並且，即使輸入至羅森
第21頁 4444 1 8 _ 案號89101350_年月日__ 五、發明說明（17) 型薄膜壓電式轉換器的電子信號具有一短波型，由於壓電 式轉換器係依其振動特性變形，故電壓信號可以放大。 如上所述，本發明之壓電式轉換器具有兩塵電薄膜 層，其受到束縛故不會在厚度方向上膨脹或收縮。所以可、 以輕易地微小化且可放大直流電壓。 並且，依本發明之使用壓電薄膜的羅森型壓電式轉換 器，係在一形成有一空洞之支持基台上使用一壓電薄膜。 所以可以輕易地微小化且具有高電壓放大率。 必且，依本發明之電泳墨水顯示元件可以一微小化之 薄膜壓電式轉換器驅動，並以一薄膜電晶體定址。所以可 '實現一具有複數個高密度設置之電泳墨水顯示元件的電泳 墨水顯示設備。
第22頁 44441 8 修正 案號 89101350 圖式簡單說明 圖1為一剖面圖，顯示依本發明一實施例之層狀薄膜 壓電式轉換器。 圖2為一立體圖，顯示依本發明一實施例之薄膜壓電 式轉換器，其由使用壓電薄膜之羅森型壓電式轉換器構 成。 圖3 ( A )為一剖面圖，顯示一電泳墨水顯示元件。 圖3 ( B )為一剖面圖，顯示一電泳墨水顯示元件中之 微囊的結構。 圖3 ( C )為一剖面圖，顯示一微囊中之帶電粒子的結 構。 圖4顯示依本發明一實施例之使用薄膜層狀壓電式轉 換器之電泳墨水顯示設備。 圖5為一時序圖，顯示依本發明之一實施例的電泳墨 水顯示設備中，控制TFT之電子信號與類比式開關的開與 關。 圖6為一平面圖，顯示依本發明一實施例之電泳墨水 顯示設備中的一像素。 圖7為一剖面圖，顯示依本發明一實施例之電泳墨水 顯示設備。 圖8為一平面圖，顯示依本發明一實施例之使用羅森 型薄膜壓電式轉換器的電泳墨水顯示設備中之一像素。 圖9為一剖面圖，顯示顯示依本發明一實施例之使用 羅森型薄膜壓電式轉換器的電泳墨水顯示設備。
第23頁 44441^ _案號 89KH350_年月日_« 圖式簡單說明 ' 【圖式符號說明】
第24頁 101 基板 102 下電極 103 第一壓電薄膜層 103 微囊 104 黏合劑 . 105 第二壓電薄膜層 105 基板 106 透明電極 107 囊 108 液體 109 帶電粒子 11 基板 110 核 111 包覆層 12 第一電極層 13 壓電薄膜層 14 第二電極層 15 第二壓電薄膜層 16 第三電極層 201 閘極線 202 閘極線 203 資料線 444418 _案號89101350_年月日_修正 圖式簡單說明 204 資料線 205 薄膜電晶體 206 薄膜電晶體 207 類比式開關 208 薄膜壓電式轉換器 20 9 薄膜壓電式轉換器 21 空洞 211 薄膜壓電式轉換器； 213 電泳墨·水顯示元件 214 類比式開關 2 1 5 類比式開關 216 類比式開關； 217 輸入端 218 輸入端 22 支持基台 23 膜片 2 4 第一電極層 25 壓電薄膜層 '26 第二電極層 27 第三電極層 301 電子信號 302 電子信號 303 電子信號 ， 304 電子信號
第25頁 4444 1 8 _案號89101350_年月日 修正 圖式簡單說明 401 多 晶 矽 薄 膜 402 接 觸 孔 403 電 極 層 404 電 極 405 第 -~~— 電 極 層 501 絕 緣 基 板 502 閘 絕 緣 膜 503 閘 電 極 504 層 間 絕 緣 膜 505 保 護 層 506 對 向 基 板 5 07 透 明 電 極 508 柱 狀 結 構 509 電 泳 墨 水 510 第 壓 電 薄 膜 層 510 壓 電 薄 膜 層 511 第 二 壓 電 薄 膜 層 701 電 極 702 隆 起 層 703 電 極 704 電 極 705 壓 電 薄 膜 層
第26頁

Claims (1)

  1. 4444 1 8 ----赛_號 89101^0__年 月日 .，色^ 六、申請專利範圍 1. 一種薄膜壓電式轉換器’包含一第一電極層、一第一 壓電薄膜層、一第二電極層、一第二壓電薄膜層、以 及一第三電極層，係依序形成於一基板上，其特徵為 該第一壓電薄膜層與該第二壓電薄膜層係受束缚使其 於厚度方向上不會膨服或收縮。 2. 依申請專利範圍第1項之薄膜壓電式轉換器，其中該第 、第一與第三電極層係由白金與欽之多層結構所形 成。 3. 依申請專利範圍第1項之薄膜壓電式轉換器，其中該第 一與第二壓電薄膜層係以鈦酸錯酸鉛壓電材料形成。 4 ·依申請專利範圍第1項之薄膜壓電式轉換器，其中一任 意電壓波形係輸入至該第一壓電薄膜層，且該任意電 壓波形係放大並輸出至該第二壓電薄膜層。 5. —種薄膜壓電式轉換器，其特徵為一第—電極層、壓 電薄膜層、第二電極層以及第三電極層係形成於一形 成有一空洞之支持基台上；且該第二電極層與該第三 電極層係成對形成’中間具有間隔，且係形成於該空 洞上方之該壓電薄膜層上。 6. 依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，其中該第 三電極層之形成係跨越該壓電薄膜層之端面與上平 面。 7*依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，其中形成 有該空洞之該支持基台係為一單晶矽基板。 8.依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，更包含一
    第27頁 4444 1 8 _案號89101350 年月日_^_ 六、申請專利範園 膜片，其係為一形成於該支持基台與該第一電極層之 間之氧化鍅薄膜。 9. 依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，其中該第 .一、第二與第三電極層係以白金與鈦之多層結構形 成。 10. 依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，其中該 壓電薄膜層係以鈦酸鍅酸鉛壓電材料形成。 11. 依申請專利範圍第5項之薄膜壓電式轉換器，其中一 任意電壓波形係輸入至該第一電極層與第二電極層之 間，且該任意電壓波形係放大並輸出至該第一電極層 與該第三電極層之間。 12. —種電泳墨水顯示設備，包含複數個電泳墨水顯示元 件，該電泳墨水顯示元件包含複數個囊，其中顏色係 因該囊中之帶電粒子的運動而改變；該電泳墨水顯示 設備更包含：複數條閘極線、複數條與該閘極線相交 之資料線、以及設置於該閘極線與該資料線相交處之 薄膜電晶體， 其中： 該薄膜電晶體之一源極-汲極係連接至該資料線； 該薄膜電晶體之另一源極-汲極係連接至一壓電式轉換 器之輸入侧；且 該壓電式轉換器的輸出侧係連接至該電泳墨水顯示元 件的電極。 13. 依申請專利範圍第1 2項之電泳墨水顯示設備，其中該
    第28頁 4 4441 a _案號 89101350_年月日__ 六、申請專利範圍 壓電式轉換器係可振動地連接於該薄膜電晶體的上 部。 14. 依申請專利範圍第1 2項之電泳墨水顯示設備，其中該 .壓電式轉換器包含一第一電極層、.一第一壓電薄膜 層、一第二電極層、一第二壓電薄膜層、以及一第三 電極層，係依序形成於一絕緣基板上；其中 該第一壓電薄膜層與第二壓電薄膜層係受束缚使其於 厚度方向上不會膨脹或收縮。 15. 依申請專利範圍第1 4項之電泳墨水顯示設備，其中該 第一壓電薄膜層與第二壓電薄膜層係以在該壓電式轉 換器的上部建立一柱狀結構，並以一對向基板壓迫該 柱狀結構，使第一壓電薄膜層與第二壓電薄膜層受束 缚，於厚度方向上不會膨脹或收縮，其中該對向基板 上建立有該電泳墨水顯示元件之上電極。 16. 依申請專利範圍第1 4項之電泳墨水顯示設備，其中該 第三電極層亦作為該電泳墨水顯示元件之下電極之功 能。 17. 依申請專利範圍第1 4項之電泳墨水顯示設備，其中該 第一、第二與第三電極層係以白金與鈦之多層結構形 成。 18. 依申請專利範圍第1 4項之電泳墨水顯示設備，其中該 第一與第二壓電薄膜層係以鈦酸锆酸鉛壓電材料形 成。 19. 依申請專利範圍第1 4項之電泳墨水顯示設備，其中一
    第29頁 4444 1 8 _案號 89101350_年月日__ 六、申請專利範圍· 任意電壓波形係輸入至該第一壓電薄膜層，且該任意 電壓波形係放大並輸出至該第二壓電薄膜層。 2 0, 依申請專利範圍第1 2項之電泳墨水顯示設備，其中該 .壓.電式轉換器包含一第一電極層.、一壓電薄膜層、一 第二電極層以及一第三電極層，其係形成於一形成有 一空洞之支持基台上；且該第二電極層與該第三電極 層係成對形成，中間具有間隔，且係形成於該空洞上. 方之該壓電薄膜層上。 21. 依申請專利範圍第2 0項之電泳墨水顯示設備，其中該 第三電.極層之形成係跨越該壓電薄膜層之端面與上平 面。 22. 依申請專利範圍第20項之電泳墨水顯示設備，其中形 成有該空洞之該支持基台係為一單晶矽基板。 23. 依申請專利範圍第20項之電泳墨水顯示設備，其中該 第一、第二與第三電極層係以白金與鈦之多層結構形 成。 24. 依申請專利範圍第20項之電泳墨水顯示設備，其中該 第一與第二壓電薄膜層係以鈦酸銼酸鉛壓電材料形 成。 25. 依申請專利範圍第20項之電泳墨水顯示設備，其中一 任意電壓波形係輸入至該第一電極層與第二電極層之 間，且該任意電壓波形係放大並輸出至該第一電極層 與該第三電極層之間。
    第30頁
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